(57)【要約】【課題】切断により得られるウエハの面に対して深刻なスクラッチ傷の発生を抑制し、良好な切断が行うことができる固定砥粒ソーワイヤを提供する。【解決手段】結合材でワイヤ芯材に砥粒を固着させた固定砥粒ソーワイヤにおいて、ワイヤ芯材の表面を結合材により覆われた結合層を形成し、該結合層表面に頂上が略平坦面で砥粒を含む台地形状突出部を結合材で形成し、砥粒が該結合層から該台地形状部にわたる結合材内部に固着されている。好ましくは前記台地状突出部の略平坦面と砥粒の最外周端とが略同一平面上に位置していると良い。また、ワイヤ断面において前記台地形状部の略平面部がワイヤ芯材と同心である外接円上にあると尚良い。 【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合材でワイヤ芯材に砥粒を固着させた固定砥粒式ソーワイヤであって、
ワイヤ芯材の表面を覆う結合材からなる結合層と、頂上が略平坦面で砥粒を含む台地形状突出部と、からなる固定砥粒式ソーワイヤ。
【請求項２】
前記砥粒が前記結合層と前記台地形状突出部とで固着されている請求項１に記載の固定砥粒式ソーワイヤ。
【請求項３】
前記台地形状突出部の略平坦面と砥粒の最外周端とが略同一平面上に位置する請求項１又は２に記載の固定砥粒式ソーワイヤ。
【請求項４】
前記砥粒の最外周端の埋没深さが、前記略平坦面から０〜５μｍである請求項１乃至３のいずれかに記載の固定砥粒式ソーワイヤ。
【請求項５】
前記砥粒の最外周端の露出高さが、前記略平坦面から０〜５μｍである請求項１乃至３のいずれかに記載の固定砥粒式ソーワイヤ。
【請求項６】
ワイヤの長手方向と直交する断面において、前記台地形状突出部の略平坦面がワイヤ芯材と、且つ／または前記結合層の表面と、が同心の外接円上にある請求項１乃至５のいずれかに記載の固定砥粒式ソーワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質材料を切断加工するための工具であるソーワイヤ、より詳細には固定砥粒式ソーワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等に用いられるシリコンに代表される硬脆性物質（以下、被加工物と称す）を切断加工する機械として、ソーマシンが知られている。図８はソーマシンの概略図である。ソーワイヤはソーマシンに以下のように準備される。供給リール１０４に巻かれたソーワイヤ１０２がソーマシンに供給される。ソーワイヤ１０２は複数のガイドローラ（図示せず）に誘導されメインローラ１０６に導かれる。ソーワイヤ１０２は一般に２本乃至４本から構成されるメインローラ１０６の回りに巻き掛けられる。メインローラ１０６間に数十から数百本のソーワイヤ群が張り巡らされる。その後、供給の時と同様に、ソーワイヤ１０２は複数のガイドローラに誘導され排出リール１０８に巻き取られる。
【０００３】
ソーワイヤがソーマシンにセットされた後にソーワイヤを走らせる。この状態において、メインローラ１０６間に張り巡らされたソーワイヤ群に加工を施すシリコン等の被加工物１１０を押し当てる。するとソーワイヤ群により被加工物１１０は切断され、ソーワイヤピッチに応じた厚みを有する薄板（以下、ウエハと称す）を得る。
【０００４】
ソーワイヤによる切断は２種類に大別できる。一方は砥粒を含むスラリーを吹きかけながら切断加工を行う方式である。もう一方は予め砥粒を固着させておいたワイヤを用いて切断加工を行う方式である。一般的には前者を遊離砥粒式と呼び、後者を固定砥粒式と呼ぶ。
【０００５】
遊離砥粒式においては、被加工物とソーワイヤが接触する部分にスラリーを吹きかける。スラリーの中に含まれる砥粒（遊離砥粒）としては硬質なものが用いられている。例えばＳｉＣやダイヤモンド等が用いられている。こうした遊離砥粒はオイルと混合してスラリーとして用いられる。吹きかけられた遊離砥粒はワイヤ表層に付着し、被加工物と接触する部分に運ばれる。運ばれた遊離砥粒が走行するソーワイヤと被加工物との間でローリングやラッピングすることにより、被加工物は切断加工されていく。
【０００６】
遊離砥粒式における問題点の１つとして切断速度がある。ソーワイヤと被加工物の間でローリングする遊離砥粒は、必ずしも切断加工に効果的に寄与しているとは限らない。更にもう１つの問題点としてスラリーが切断加工部へ効率よく運ばれていないと、ウエハ厚みも安定せず悪くなる。
【０００７】
固定砥粒式は遊離砥粒式の１つの問題点を解決する方式である。固定砥粒式に用いられるのが固定砥粒式ソーワイヤである。固定砥粒式ソーワイヤは一般に、丸い断面を有するワイヤ芯材の外周に砥粒が均一に固着されている。特許文献１には代表的な固定砥粒式ソーワイヤが記されている。砥粒が予めワイヤ芯材に固着されているため、砥粒のローリングは起こらない。つまりソーワイヤの走行により砥粒が被加工物を効果的にスクラッチし続けられて被加工物は切断されていく。固定砥粒式においては遊離砥粒式に比べて数倍の加工速度を実現する。
【０００８】
砥粒をワイヤ芯材の表面に固着させるための手段としては、従来から大きく２種類に大別される。１つは樹脂による固着があり、１つは金属による固着がある。近年は固着力の強さから後者が好まれており、具体的にはメッキ等により行われる。
【０００９】
一般的にソーワイヤに固着される砥粒はワイヤ芯材の全周に、且つ均一に固着されている。また、従来の砥粒は特許文献１のように鋭利に固着されているため、被加工物を効果的にスクラッチして切断の速度を上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０９−１５０３１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１にあるような図４に示すソーワイヤにおいて、砥粒８の最外周端１６が鋭利に配置して固着されているため、ウエハの表面粗さを低下させていることが判明した。具体的には被加工物を掘り進む方向（切断方向）に対しては最外周端１６が切断に効果的に寄与している。しかし、特にワイヤの側面方向、つまりウエハの面方向に対しては最外周端１６により深刻なスクラッチ傷を発生させ、面品位を極度に低下させてしまう。
【００１２】
通常用いられる砥粒８としてはダイヤモンド等の硬質結晶であり、こうした砥粒は鋭角部を有している。これらの砥粒を例えばそのまま固着すれば、図４に記載したように砥粒８の鋭角部がそのまま反映されて固着される。
【００１３】
更に、一般に固着される砥粒の大きさは数十μｍ（例えば１５〜４０μｍ）である。そのうち約４〜７割の部分は砥粒を固着させる媒体（以下、結合材と称す）、例えばメッキの中に埋没している。しかし、砥粒の残りの部分は突出している。つまり、ウエハ面はこの突出した砥粒により最大十数μｍの傷を受けることになる。
【００１４】
このような傷を解消し平滑にするために、ウエハ製造工程において切断されて得た面は研磨される。しかし、深いスクラッチ傷である場合、より深くウエハの面全域を研磨する必要が生じ歩留まりが悪くなる。最悪はウエハ自体が使用できないことになりかねない。
【００１５】
そこで本発明は切断により得られるウエハの面に対して深刻なスクラッチ傷の発生を抑制し、良好な切断を行うことができる固定砥粒式ソーワイヤを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は前記課題を解決する固定砥粒式ソーワイヤであって、
結合材でワイヤ芯材に砥粒を固着させた固定砥粒式ソーワイヤであって、
ワイヤ芯材の表面を覆う結合材からなる結合層と、頂上が略平坦面で砥粒を含む台地形状突出部と、からなる、
ことを特徴とする。
【００１７】
また、前記砥粒が前記結合層と前記台地形状突出部とで固着されていると良い。
【００１８】
より好ましくは、前記台地形状突出部の略平坦面と砥粒の最外周端とが略同一平面上に位置していると尚良い。
【００１９】
前記の略同一面上に位置する具体的な値としては、前記砥粒の最外周端の埋没深さが、前記略平坦面から０〜５μｍであることが好ましい。
【００２０】
あるいは僅かに突出していてもよく、その場合前記砥粒の最外周端の露出高さが、前記略平坦面から０〜５μｍであることが好ましい。
【００２１】
更に、ワイヤの長手方向と直交する断面において、前記台地形状突出部の略平坦面がワイヤ芯材と、且つ／または結合層の表面と、が同心の外接円上にあるとより好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の固定砥粒式ソーワイヤは台地形状突出部の略平面部と砥粒の最外周端とが同一平面状にある、あるいはその極近傍に存在するため、切断方向においては、張設されたソーワイヤ群に対して被加工物を押し当てる圧力により、台地形状の結合材が早期に磨耗して、砥粒が露出を早め、あるいはすでに露出された砥粒により、従来の固定砥粒式ソーワイヤと同じ早い切断加工性能を有する。
【００２３】
またウエハ面方向においては切断を行う砥粒のまわりに台地形状に形成された結合材がワイヤ芯材とウエハ面との距離を一定に保つようガイドする役割を果たすため、過度の切削を抑制し、被加工物の深刻なスクラッチ傷を抑止することができる。
【００２４】
尚、砥粒が結合層から台地形状突出部にわたるように位置していることで、砥粒が脱落しない強固な固着力を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の代表的な固定砥粒式ソーワイヤの断面図
【図２】本発明の代表的な固定砥粒式ソーワイヤの長手の外観概略図
【図３】本発明の代表的な固定砥粒式ソーワイヤの台地形状突出部の拡大概略図
【図４】従来の固定砥粒式ソーワイヤの断面図
【図５】本発明の固定砥粒式ソーワイヤによる切断時の砥粒の作用を説明するための概略図（切断方向）
【図６】本発明の固定砥粒式ソーワイヤによる切断時の砥粒の作用を説明するための概略図（ウエハ面方向）
【図７】被加工物加工後の表面粗さ測定の説明図
【図８】一般的なマルチソーマシンの概略図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の最大の特徴は固着された砥粒が結合材から露出せず、且つ固着された砥粒の頂上（以下、最外周端と称す）に略平坦面を形成していることにある。図１は本発明のソーワイヤの断面図、図２は長手の外観図、図３は固着された砥粒の拡大図を示している。結合材がワイヤ芯材４及び砥粒８の表層を覆いつつ結合層６を形成すると共に、砥粒８はワイヤ芯材４の外周部に固着されている。更に、固着された砥粒８の最外周端１６の極近傍に、結合材により略平坦面１２が形成されている。すなわち砥粒８は結合層表面１４に対して「台地形状突出」部１０を形成して固着されている。
【００２７】
ここで「台地形状突出」とは結合材で形成された結合層表面１４より外側に突き出た状態であって、突き出た部分がワイヤ芯材と、且つ／または結合層表面１４と略平行である略平坦面１２を有した形状を意味する。この台地形状突出部１０の略平坦面１２はワイヤ芯材と同心円状にあるとより好ましい。ワイヤに張力を掛けた時、重心が安定するとともに、各台地形状突出部は被加工物に対して均等な圧力が掛かるようになるためである。
【００２８】
また「略平坦面」とは総体的に平らな面を意味し、略平坦面の全域に相対して微細な凹凸（±３μｍ）の有無は問わない。
【００２９】
砥粒の「最外周端」とはワイヤ周縁に固着される個々の砥粒において、ワイヤ断面におけるワイヤの中心から最も遠い箇所を意味する。
【００３０】
より好ましい形態として図３に示した通り、砥粒の最外周端１６は台地形状突出部１０の略平坦面１２と同一平面上に位置している形態である。同一平面上とした場合における作用を図５及び図６を用いて説明する。いずれも図８の装置のようにソーワイヤの上から被加工物１１０を押し当てて切断を行った場合の概略図である。
【００３１】
図５は本発明の固定砥粒式ソーワイヤによる切断時の砥粒の作用を説明するための概略図で、切断における砥粒の作用のうち切断に寄与する砥粒部分（切断方向）の砥粒の状態を示している。被加工物１１０はソーワイヤ２に切断方向（図中矢印方向）へ強く押し当てられる。実際には被加工物１１０と砥粒８が接触している。このようにソーワイヤ２に被加工物１１０を強く押し当てることで、切断に寄与する砥粒の周辺で、台地形状突出部１０を形成していた結合材は、ソーワイヤ２円周の他の台地形状突出部よりも早く磨耗する。結果的に砥粒の最外周端１６が被加工物に深く食い込み効果的にスクラッチして切断を行う。
【００３２】
一方、図６は本発明の固定砥粒式ソーワイヤによる切断時の砥粒の作用を説明するための概略図であって切断に寄与しない砥粒部分（側面方向）の砥粒の状態を示している。側面方向においては前記のように被加工物１１０に対して強く押し当てるような力は作用していない。そのため、砥粒８を固着し台地形状突出部を形成する結合材の磨耗は少ない。従って、台地形状突出部の略平坦面、または台地形状を形成していた結合材が、砥粒の最外周端が深く食い込むことを抑制する。よって被加工物（ウエハ製品）表面の深いスクラッチ傷の発生を抑止することができる。
【００３３】
また図３に示すように固着された砥粒８の最外周端１６は略平坦面１２と略同一平面上に位置していることが望ましいが、砥粒８が少し埋没していても良い。なぜならソーワイヤによる切断を進めていく中で砥粒の最外周端１６が露出し始め、結果的に従来のソーワイヤと同様の態様となるからである。具体的には台地形状突出部１０の略平坦面１２から０〜５μｍ程度の埋没であれば問題ない。しかし、初期の切断性能の面、具体的には切断による結合材の早期磨耗が見込めない条件の場合は、砥粒の最外周端と台地形状突出部の略平坦面とが限りなく同一平面上であるのが好ましいことは言うまでもない。
【００３４】
逆に砥粒が台地形状突出部１０の略平坦面１２から僅かに露出しても同様である。この場合、切断における側面方向への影響が最小限となる範囲に限られ、具体的には露出高さとして０〜５μｍ程度までに抑えれば同様の効果が得られる。
【００３５】
砥粒が露出する形態を有するソーワイヤは、被加工物１１０として高脆性物質の中でもシリコン等モース硬度８以下の比較的軟質なものを対象とする時に有効である。モース硬度が８以下の場合、被加工物の割れ等の損傷が発生し易く、被加工物をソーワイヤに強く押し当てることができない。そのため結合材の磨耗が遅く、埋没していた砥粒が露出するまでに時間を要し、ソーワイヤの切断性能を十分に発揮できない。従って砥粒を露出させる必要が生じ、露出高さの範囲としては０〜５μｍ程度までが好ましい。
【００３６】
ただし、露出高さが前記範囲を超えると、該箇所が引っ掛かり部となって、ソーマシンへの取り付けなどの取扱作業性や安全性などの面で支障をきたす恐れがある。且つ、切断時にはスクラッチ傷の発生を引き起こす可能性があるため、前記範囲とするのが好ましい。
【００３７】
尚、台地形状突出部１０における略平坦面１２は断面丸形状であるワイヤ芯材と同心円であることが望ましい。なぜならワイヤ表面と台地形状突出部の略平坦面との高さが均一でない場合、切断に寄与する砥粒としない砥粒とが発生し、ソーワイヤとして十分な切断能力を発揮することができないからである。従って全ての砥粒が確実に切断に寄与できるように略平坦面が同心円状に配置されていることが望ましい。
【００３８】
さらに、固着される砥粒は結合層６から台地形状突出部１０にわたるよう配置されるのが良い。台地形状突出部１０のような凸部は切断時の衝撃に対して総体的に脆く、砥粒ごと脱落する可能性がある。そのため砥粒の内周端１８が結合層６により固着されていることが望ましい。
【００３９】
本発明のソーワイヤは、例えば従来の方法で製造したソーワイヤを先ずガラス等のダミーの仮切断（ツルーイング）を行う。この時ダミーはソーワイヤの全周が接触するように複数配置する。また仮切断するダミーの量は、砥粒の最外周端が僅かに露出する程度で良い。この時、砥粒周辺の結合材は荒れや崩れが生じるため、次に結合材と同じ材質のもので砥粒の最外周端が覆い隠される程度にコーティングすることで略平坦面を有する台地形状突出部が得られる。砥粒を略平坦面から露出させる場合にはより軽度のコーティングを行う。具体的には結合材が金属メッキによるものである場合、同じ金属による軽度のメッキを行う。尚、これらの方法に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００４０】
砥粒を同心円上に配置する方法としては公知であり、例えば砥粒をワイヤ芯材に仮固着させた状態で、ダイスや組ローラ、あるいはこれらを併用した装置に通す方法がある。これにより砥粒を結合層中に押し込んで、砥粒の最外周端をワイヤ芯材と、且つ／あるいは結合層と同心円上に配置させることができる。この時、組ローラを使用することで結合材が押し均され、後の台地形状突出部の略平坦面を形成しやすくすることができる。尚、これらの方法に限定されるものでないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００４１】
本発明のソーワイヤと、従来のソーワイヤとによる比較実験を行った。ワイヤ芯材としては径が０．１４ｍｍのものを用いた。砥粒としては径が３０〜４０μｍのダイヤモンドを使用し、結合材としてはＮｉを採用し、メッキによる固着を行った。本発明のソーワイヤ（実施例）は更に前記の方法により得た。この時、最終メッキ厚を種々変えることで、砥粒を固着した台地形状突出部の略平坦面を基準面とした場合、砥粒の最外周端の埋没深さあるいは露出高さが異なるソーワイヤを製作し、従来例と実施例との性能差を比較した。
【００４２】
本比較に使用した切断機としては株式会社タカトリ社製マルチソーマシン（型式ＭＷＳ−４４ＮＳ）を用いた。被加工物として５０ｍｍ角のＳｉＣインゴットを用意した。切断は往復切断で、５箇所を切断するマルチ切断を行い、前記従来例と実施例とで切断時間と切断された被加工物の表面粗さとをそれぞれ比較した。
【００４３】
切断時間は、被加工物が完全に切断されるまでの時間を計測した。また評価は従来のソーワイヤにおける切断時間を１とした場合の相対評価で行った。数値の小さい方が、切断時間が短く切断速度が速いことを意味する。
【００４４】
表面粗さについても従来のソーワイヤによる表面粗さを１とした相対評価を行った。計測方法は図７に示すように被加工物の切断開始部から１０ｍｍ切断したところまでの部分における中心部４ｍｍと、被加工物の中心部４ｍｍ、及び切断終了側１０ｍｍにおける中心部４ｍｍの３点についてワイヤ進行方向に対し垂直方向の表面粗さＲａ、Ｒｚ及びＲｍａｘを測定し平均を算出した。更に各５箇所分の平均値を算出し被加工物の表面粗さを比較した。その結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2010284754.tif 000003
【００４６】
表１の結果から明らかなように切断時間は、全ての実施例で切断開始直後から砥粒が露出し始める、あるいは露出しているため、切断の初期からでソーワイヤのもつ本来の切断性能を発揮することができ、従来例と比較して同等の切断時間であった。
【００４７】
また、表面粗さは従来例と比べると、本発明である実施例１〜５は相対的に低くなっており、いずれも良好な結果となった。尚、実施例においては砥粒がより深く埋没しているものほど、あるいはより高く露出しているものほど表面粗さが相対的に高くなった。
【符号の説明】
【００４８】
２・・・・・ソーワイヤ
４・・・・・ワイヤ芯材
６・・・・・結合層
８・・・・・砥粒
１０・・・・台地形状突出部
１２・・・・略平坦面
１４・・・・結合層表面
１６・・・・砥粒の最外周端
１８・・・・砥粒の内周端
１０４・・・供給リール
１０６・・・メインローラ
１０８・・・排出リール
１１０・・・被加工物
【図３】
2010284754.tif 000004
【図７】
2010284754.tif 000005
【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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